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本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目：數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級： D機(jī)加工121 學(xué) 號： 231120333
學(xué)生姓名： 謝 順
指導(dǎo)教師： 卞榮/劉桂芝
2016年 2月 23日
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué)生姓名
謝順
學(xué) 號
231120333
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計制造及其自動
指導(dǎo)教師姓名
卞榮/劉桂芝
職 稱
講師/教授級高工
所在院系
工業(yè)中心
課題來源
自擬課題
課題性質(zhì)
工程設(shè)計
課題名稱
數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計的
內(nèi)容和意義?
采用類比的方法，進(jìn)行數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使其滿足對刀具和工件進(jìn)給運(yùn)動速度及位置的自動控制。
畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容：
1、進(jìn)行Z軸向慣量匹配的計算
2、進(jìn)行Z軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計算
3、進(jìn)行Z向進(jìn)給力的計算
4、進(jìn)行Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算
5、確定數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其主要零件：Z向滾珠絲杠，軸承座,法蘭，齒形皮帶輪，隔套,支柱，電機(jī)安裝板，聯(lián)接漲套, 鎖緊螺帽, 法蘭,限位塊等 。
6、CAD繪制共2.5張0號圖紙，其中數(shù)控銑床Z軸驅(qū)動裝配圖0號圖 1張，
數(shù)控銑床Z軸運(yùn)動簡圖,CAD圖紙折合0號1.5張（約15個零件）。
7、進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。
8、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書（論文），不少于15000。
本課題研究的意義：
本課題對數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，其意義如下：
1、數(shù)控銑床其傳動系統(tǒng)的精度和剛度是數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容。它決定了數(shù)控銑床的加工精度，其精度越高，工廠的自動化效率就越高，為工廠創(chuàng)造的價值也就越大。
2、Z軸與Y/Y兩軸驅(qū)動的伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)不僅對刀具和工件進(jìn)給運(yùn)動的速度實現(xiàn)自動控制，還要對工件相對于刀具的位置實現(xiàn)自動控制。該部件的性能直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率,是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。
3、通過此次數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計將我大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)方面的知識進(jìn)行了一番梳理，將其運(yùn)用于實踐設(shè)計。使得原本并不深刻清晰的專業(yè)知識，變得更加形象具體。并且在查找相關(guān)資料的同時也了解到了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史，現(xiàn)階段高端技術(shù)，發(fā)展前景等。提高了文獻(xiàn)搜索的能力。
英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼
文獻(xiàn)綜述
數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)[1]。
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界制造業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國從20 世紀(jì)80 年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機(jī)械所代替[2]。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)，已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑[3]。其中，高速數(shù)控銑床成為世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家主要發(fā)展的項目之一[4]。
數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)是由數(shù)控銑床工作臺及X/Y/Z三軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成，其中Z軸是直接影響工件的加工質(zhì)量和切削生產(chǎn)率,是決定機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。對于數(shù)控銑床進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計主要從控制類型選擇、驅(qū)動裝置選擇、傳動部件選擇和導(dǎo)軌選擇四個方面進(jìn)行。對于伺服系統(tǒng)一般要求調(diào)速范圍比較寬、精確度高、穩(wěn)定性能好、反應(yīng)迅速。而且根據(jù)發(fā)電機(jī)不同可以分為交流、直流和步進(jìn)伺服等，一般步進(jìn)伺服比較常用[5]。為了提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度、定位精度和防止爬行，必須降低數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的摩擦并減少靜、動摩擦系數(shù)之差。因此，形成不太長的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)常用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副的傳動效率高達(dá)85%- 98%，是普通滑動絲杠副的2- 4 倍。滾珠絲杠副的摩擦角小于1°，因此不自鎖[6]。滾珠運(yùn)動的摩擦熱、液壓流體、電動機(jī)、齒輪箱機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)熱所造成的熱膨脹會造成定位精度的降低。如果在導(dǎo)軌或床身上產(chǎn)生變形，即使能夠防止?jié)L珠絲桿的溫升，也不可能獲得高的精度。在分析精度的時候，來自所有熱源的熱影響都必須加以考慮。在計算由滾珠絲桿本身產(chǎn)生的熱量時，高的工作負(fù)載是一個最大的潛在原因。通常，工作負(fù)載大約是滾珠絲桿頂緊力的3倍[7]。在現(xiàn)代機(jī)械中，特別是數(shù)控系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中，直線滾動導(dǎo)軌已經(jīng)成為一種重要的支撐部件。它不僅使得安裝簡便、維護(hù)和潤滑容易，還降低了勞動強(qiáng)度和能耗，極大降低了設(shè)備全壽命周期的成本[8]。受傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)計思維的影響，人們在數(shù)控機(jī)床設(shè)計中往往只重視轉(zhuǎn)矩(功率)匹配，而忽視慣量匹配，從而嚴(yán)重影響整機(jī)性能，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床不能適應(yīng)高速精密加工的要求[9]。因此，為了提高機(jī)床整體性能，高精度，高性能，必須進(jìn)行慣量匹配和轉(zhuǎn)矩匹配的計算。
為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計在近30年來發(fā)生了相當(dāng)大的變化。設(shè)計理論，設(shè)計方法，設(shè)計工具更為先進(jìn)，計算精度更高，計算速度更快[10]。
參考文獻(xiàn)：
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2. 馮銀蘭，周會成.數(shù)控設(shè)備的發(fā)展及人才狀況.科學(xué)之友，2008，14:136-138
3. 崔陳龍. 數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)淺析.裝備制造技術(shù)，2011，5:135-139
4. 岳少雷,任妍欣.高速切削技術(shù)在敏捷制造中的重要地位[J],2005，10:33- 34.
5. 苑忠春. 數(shù)控銑床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的設(shè)計分析.研究與探討，2015，12：131
6. 王澤蛟. 銑床數(shù)控軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計. 裝備制造技術(shù)，2012，3：226-228
7. 張巧云. 如何保持滾珠絲桿的精度. 精密制造與自動化，2013，2：59
8. 高飛. 直線滾動滾子導(dǎo)軌壽命分析. 機(jī)床與液壓，2015，11：59-62
9. 余清華，朱宏杰，郭軍， 田紅陽，楊沛湛. 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)必須慣量匹配.金屬加工，2011，3：53-54
10. 董剛，李建功，潘鳳章.機(jī)械設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：3
研究內(nèi)容
1.數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給系統(tǒng)總體方案確定
該進(jìn)給機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)Z向齒形帶傳動，驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)控銑床Z軸進(jìn)給運(yùn)動。
2.慣量匹配
為提高銑床整體性能，高速度，高精度等，需進(jìn)行慣量匹配。角加速度越小，則數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令到進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行完畢之間的時間越長，也就是通常所說的系統(tǒng)反應(yīng)慢。如果角加速度變化，則系統(tǒng)的反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。當(dāng)進(jìn)給伺服電動機(jī)已選定，則電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的最大值基本不變。如果希望角加速度的變化小，應(yīng)使電動機(jī)本身的慣量+折合到電動機(jī)軸的負(fù)載慣量的變化盡量小，則最好使電動機(jī)本身的慣量+折合到電動機(jī)軸的負(fù)載慣量所占比例小一些。這就是“ 慣量匹配”原則。
3.轉(zhuǎn)矩匹配
為提高銑床整體性能，高速度，高精度等，需進(jìn)行轉(zhuǎn)矩匹配。選擇伺服電動機(jī)時，最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得超過電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。折算至電動機(jī)軸的最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
4. 滾珠絲杠的計算及校核
滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成，可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力精度和效率高。首先根據(jù)絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度，計算工作載荷，查表選型號然后進(jìn)行校核。
研究計劃
研究周期與時間安排
畢業(yè)設(shè)計起止日期：2.22—6.03（第1周—第15周）
第1周 (2.22-2.26) 收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻(xiàn)，參觀工廠，搜集設(shè)計過程中所要遵照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行學(xué)習(xí)
第2周 (2.29-3.04) 提出完成課題的基本思路和方法，暨完成該課題所采用的技術(shù)路線、方案，要設(shè)計和完成的任務(wù)
第3周 (3.07-3.11） 開題報告及外文材料翻譯
第4周 (3.14-3.18) 完成裝配圖草圖設(shè)計，繪制進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動簡圖
第5周 (3.21-3.25) 完成Z軸向慣量,轉(zhuǎn)矩,匹配的計算、完成Z向進(jìn)給力,Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算
第6周 (3.28-4.01) 完成裝配圖設(shè)計
第7周 (4.04-4.08） 畢業(yè)設(shè)計中期檢查
第8周 (4.11-4.15） 進(jìn)行零件圖計算機(jī)繪圖
第9周 (4.18-4.22) 完成零件圖計算機(jī)繪圖
第10周 (4.25-4.29） 完成各零件及課題成本分析，完成各零件成本及課題成本計算
第11周 (5.02-5.06) 遞交論文初稿
第12周 (5.09-5.13) 修改論文并定稿
第13周 (5.16-5.20) 論文評審
第14周 (5.23-5.27) 答辯資格確定
第15周 (5.30-6.03) 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯
第16周（6.06-6.10） 整理資料存檔
特色與創(chuàng)新
本論文特色與創(chuàng)新如下：
(1)設(shè)計時進(jìn)行了Z軸向慣量匹配的計算，從而提高了數(shù)控銑床的加工速度以及加工精度。
(2)設(shè)計時進(jìn)行了Z軸向轉(zhuǎn)矩匹配的計算，從而保障驅(qū)動和電機(jī)的穩(wěn)定性，提高了進(jìn)給系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。
(3)設(shè)計時進(jìn)行了Z向滾珠絲杠預(yù)拉伸量的計算，從而消除了軸向間隙，增加滾珠絲杠副的剛性，減少滾珠體、絲杠及螺母間的彈性變形，達(dá)到更高的精度。
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
分中心意見
中心意見
分中心主任簽名：
年 月 日
教學(xué)主任簽名：
年 月 日